JP6592483B2 - 電磁波透過フィルタ及び電磁波検出装置 - Google Patents

Description

本開示は、特定の波長範囲又は偏光方向の電磁波を透過する電磁波透過フィルタ等に関する。

撮像装置又は分光器等の光検出装置には、光学フィルタが設けられている。このような光学フィルタの一例が、特許文献１及び２に開示されている。特許文献１には、複数の開口が周期的に配置された金属膜から構成される金属光学フィルタが開示されている。特許文献２には、使用帯域の光の波長よりも小さい周期のワイヤグリッドを有する偏光フィルタ層を備える光学フィルタが開示されている。

特開２００８−１７７１９１号公報（２００８年７月３１日公開） 特開２０１５−１０６１４９号公報（２０１５年６月８日公開）

しかしながら、例えば画素の微細化に伴い光学フィルタを小さくした場合、光学フィルタ内に規則的に配列された開口の数が減少する。開口の数の減少により、光学フィルタが本来有する所望の特性が損なわれる可能性がある。

本開示の一態様は、小型化を行った場合であっても、本来有する特性が損なわれることを抑制することが可能なフィルタを実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様の電磁波透過フィルタは、互いに異なる波長範囲又は偏光方向の電磁波を選択的に透過する複数種のフィルタを備え、少なくとも２種のフィルタを有することで１つのユニットが形成され、当該ユニットがアレイ状に配置され、上記複数種のフィルタのうちの少なくとも１種のフィルタには、当該フィルタの表面の法線方向と直交する方向に、光学パラメータ又は形状が所定の空間的規則性をもって変化するように構成され、任意のユニットと、当該任意のユニットに隣接する少なくとも１つのユニットとのそれぞれに含まれる同種のフィルタのうちの少なくとも１つのフィルタが、隣接するように配置されている。

本発明の一態様によれば、小型化に伴うフィルタの特性の低下を抑制できるという効果を奏する。

実施形態１の周期構造フィルタの構成例を模式的に示す図である。 撮像装置の概略構成の一例を示す図である。 （ａ）は、従来の周期構造フィルタの構成例を示すものであり、（ｂ）は、実施形態１の周期構造フィルタの構成例を示すものである。 （ａ）〜（ｃ）実施形態１の周期構造フィルタの別の構成例である周期構造フィルタを示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施形態２の周期構造フィルタの構成例を模式的に示す図である。 実施形態３の周期構造フィルタの構成例を模式的に示す図である。 （ａ）及び（ｂ）実施形態３の周期構造フィルタの構成例を模式的に示す図である。 実施形態４の周期構造フィルタの構成例を模式的に示す図である。 図８に示す周期構造フィルタの具体的構成の一例を示す図である。 実施形態５の周期構造フィルタを説明するための図であり、（ａ）〜（ｄ）は、隣接する２つのユニット間において隣接する２つのフィルタにおける複数の開口の配置例を示す図である。 実施形態５の周期構造フィルタを説明するための図であり、上記２つのフィルタにおいて、複数の開口がライン状に形成されている場合の、当該開口の配置例を示す図である。

〔実施形態１〕
＜撮像装置の構成＞
図２は、撮像装置１０の概略構成の一例を示す図である。撮像装置１０は、例えば、携帯情報端末等に搭載される。撮像装置１０は、図２に示すように、撮像素子１及び周期構造フィルタ２を備える。図２に示すように、撮像装置１０では、撮像装置１０に光が入射する方向から見て、周期構造フィルタ２及び撮像素子１がこの順に積層されている。

撮像素子１は、周期構造フィルタ２を透過した光（可視光、赤外光又は紫外光）を電気信号に変換する複数の変換素子により構成される。複数の変換素子は、一次元的に又は二次元的に配列されている。撮像素子１においては、複数の変換素子のそれぞれが１画素（例：赤画素、緑画素又は青画素）を構成する。

撮像素子１は、図２に示すように、例えば転送線１１、１２及びフォトダイオード１３（変換素子）を備える。転送線１１、１２は、それぞれＸ軸方向及びＹ軸方向に延伸しており、フォトダイオード１３からの出力を、撮像装置１０が備える制御部（不図示）に送信する。フォトダイオード１３は、周期構造フィルタ２を透過した光を受光する受光素子である。各フォトダイオード１３が、撮像素子１の画素を構成する。換言すれば、撮像素子１では、複数のフォトダイオード１３が複数の画素として一次元的に又は二次元的に配列されている。

なお、撮像素子１は電磁波としての光をセンシングするものであるが、これに代えて、光以外の電磁波（例：テラヘルツ波、ミリ波）をセンシングして電気信号に変換する変換素子が複数配置されていてもよい。この場合、当該変換素子及び周期構造フィルタ２を備えた、電磁波を検出する電磁波検出装置が構成される。つまり、電磁波を検出する電磁波検出装置の一例が、撮像素子１を備えた撮像装置１０である。また、電磁波検出装置としては、撮像装置１０の他、例えば分光器が挙げられる。

周期構造フィルタ２は、互いに異なる偏光方向又は波長範囲の光を選択的に透過する複数種のフィルタ２２を備える電磁波透過フィルタである。撮像装置１０においては、周期構造フィルタ２は、互いに異なる偏光方向又は波長範囲の光を選択的に透過する光学フィルタである。周期構造フィルタ２としては、例えば、偏光フィルタ又はカラーフィルタが挙げられる。周期構造フィルタ２が備えるフィルタ２２のそれぞれが複数の撮像素子１のそれぞれと対向するように、周期構造フィルタ２は撮像素子１に設けられている。これにより、異なる性質を有する光を各撮像素子１で選択的に受光できる。

周期構造フィルタ２の大きさは、例えば撮像素子１の大きさに従って設定されればよい。また、周期構造フィルタ２の大きさは、周期構造フィルタ２を対向させる必要がある撮像素子１の領域の大きさに従って設定されてもよい。

複数種のフィルタ２２のうちの少なくとも１種のフィルタ２２は、フィルタ２２の表面の法線方向と直交する方向に、光学パラメータ（例：屈折率もしくは誘電率）又は形状（例：凹部及び／又は凸部）が所定の空間的規則性（以下、周期性と称する）をもって変化するように構成されている（例：図３の（ｂ）、図４、図６、図９）。上記フィルタ２２は周期的構造を有するともいえる。

上記フィルタ２２は、例えば、互いに異なる材料（例：誘電率が互いに異なる材料）を周期性を有するように配置したか、もしくは凹凸形状を周期性を有するように形成したフォトニック結晶により構成される。また、上記フィルタ２２は、例えば、金属（例：アルミニウム、銀、金、銅）で構成された薄膜に、開口が複数設けられることにより構成される。当該開口には誘電体が充填されていても構わない。また、複数の開口が形成された複数のフィルタが積層されることにより、１つのフィルタ２２が構成されてもよい。開口の形状としては、例えば、円形状（例：図３の（ｂ）、図６参照）、楕円形状、矩形状、又は線形状（例：図４、図９参照）が挙げられる。開口が設けられる場合、当該開口が上記凹部、当該開口以外の部分が上記凸部に対応する。

開口の大きさを異ならせることにより、及び／又は、隣接する複数の開口同士の間隔（ピッチとも称する）を異ならせることにより、互いに特性（換言すれば、波長範囲又は偏光方向）が異なる複数種のフィルタ２２が実現される。また、開口に充填する誘電体の屈折率を変えることによっても、互いに特性が異なる複数種のフィルタ２２が実現される。また、フォトニック結晶においては、配置される材料の周期性、形成される凹凸形状の周期性、凹凸の深さ、又は凹凸の角度（フィルタ２２の表面に対する凹凸の表面の角度）等を変えることにより、互いに特性が異なる複数種のフィルタ２２が実現される。

また、フィルタ２２は、周期性をもって変化する光学パラメータ又は形状を有する各部分（例：開口、凹凸形状、異なる誘電率を有する部分）がライン状に（１次元周期を有するように）形成されていても構わない。開口等の当該各部分をライン状に形成し、かつ周期的に配置することにより、フィルタ２２に、波長範囲選択性とあわせて偏光選択性を持たせることができる。上記各部分をライン状に形成しない場合であっても、フィルタ２２に、波長範囲選択性を持たせることができる。

また、複数種のフィルタ２２の１つとして、フィルタ２２の表面の法線方向と直交する方向に周期性を有さない、有機又は無機フィルタ（例：図９のフィルタ２２Ｋ）が含まれていてよい。

以降では、電磁波透過フィルタの構成例の説明として、金属膜に開口が形成されたタイプの周期構造フィルタ２、２Ａ〜２Ｉを例に挙げて説明する。但し、当該タイプ以外の、その他の上述した構造を有する周期構造フィルタでも同様の構成を有することができる。

＜周期構造フィルタの構成例＞
図１は、周期構造フィルタ２の構成例を模式的に示す図である。図１では、フィルタ２２の特性（種類）の相違を「Ａ」〜「Ｄ」で表現している。つまり、「Ａ」〜「Ｄ」の各フィルタ２２において、開口の大きさ、及び／又は複数の開口同士の間隔は互いに異なっている。なお、後述の図５、図７及び図８においてもフィルタ２２の特性の相違をアルファベットで表現している。

図１に示すように、周期構造フィルタ２では、互いに異なる複数種（ここでは４種）のフィルタ２２を有することで１つのユニット２１が形成され、複数のユニット２１がアレイ状に配置されている。

なお、１つのユニット２１を構成する複数のフィルタ２２の全てが、互いに異なる種類のフィルタ２２である必要は必ずしもなく、同種のフィルタ２２が含まれていてもよい。但し、１つのユニット２１には、少なくとも２種のフィルタ２２が配置される。

図１の例では、各ユニット２１は、２×２のアレイ状に配置された４種のフィルタ２２から構成されている。各ユニット２１は、フィルタ２２が、ｍ×ｎ（ｍ及びｎは正の数、但しｍ＝１かつｎ＝１を除く）のアレイ状に配置されたものであればよい。

周期構造フィルタ２では、任意のユニット２１と、当該任意のユニット２１に隣接する少なくとも１つのユニット２１とのそれぞれに含まれる同種のフィルタ２２のうちの少なくとも１つのフィルタ２２が、隣接するように配置されている。図１の例では、Ｘ軸方向（行方向）に隣接する２つのユニット２１のうちの１組であるユニット２１Ａ・２１Ｂにおいて、「Ｂ」と称されるフィルタ２２同士が隣接するように配置されている。また、Ｘ軸方向に隣接する２つのユニット２１のうちの別組であるユニット２１Ｂ・２１Ｃにおいては、「Ａ」と称されるフィルタ２２同士が隣接するように配置されている。

上記の周期構造フィルタ２の構成は、「Ａ」〜「Ｄ」と称される各種のフィルタ２２がユニット２１の周囲に配置されている構成ともいえる。この場合、注目するユニット２１の周囲に配置されたフィルタ２２のうちの少なくとも１種のフィルタ２２は、当該ユニット２１に隣接する複数のユニット２１の少なくとも１つのユニット２１を構成する、当該フィルタ２２に隣接するフィルタ２２と同種のフィルタである。また、各フィルタ２２は、各ユニット２１の角部に配置されているともいえる。この場合、任意のユニット２１の角部に配置されたフィルタ２２の少なくとも１種のフィルタ２２は、当該任意のユニット２１に隣接する少なくとも１つのユニット２１の、当該角部に隣接する角部に配置されたフィルタ２２と同種のフィルタである。

図３の（ａ）は、従来の周期構造フィルタ２００の構成例を示すものであり、図３の（ｂ）は、本実施形態の周期構造フィルタ２の構成例を示すものである。図３の（ａ）では、図１の周期構造フィルタ２と同様、各ユニット２０１は、４種のフィルタ２０２で構成されている。図３の（ｂ）では、図１の周期構造フィルタ２が、複数の開口が形成されたフィルタ２２によって実現されている例が示されている。

図３の（ａ）に示す周期構造フィルタ２００では、各ユニット２０１において、４種のフィルタ２０２の配置が同じである。そのため、周期構造フィルタ２００では、隣接するユニット２０１間において、同種のフィルタ２０２が隣接している部分が無い。例えば、隣接するユニット２０１のうちの１組であるユニット２０１Ａ・２０１Ｂにおいて、同種のフィルタ２０２の１つであるフィルタ２０２Ａ・２０２Ｂが隣接していない。

一般に、周期構造フィルタを小型化した場合、各フィルタ内に形成される開口数は減少する。フィルタの特性は、周期性を有する開口の配列によって決定される。周期構造フィルタの大きさが小さくなると、上記開口数の減少に伴い、周期性を有する開口の配列の繰り返し数も減少してしまう。そのため、小型化前の周期構造フィルタに比べ、各フィルタの特性（光の選択特性）が低下してしまう。

図３の（ａ）の例では、周期構造フィルタ２００を小型化した場合、例えばフィルタ２０２Ａ・２０２Ｂにおいては、開口が１つとなっている。つまり、フィルタ２０２Ａ・２０２Ｂでは本来有している周期性が損なわれており、そのために、フィルタ２０２Ａ・２０２Ｂの本来有している特性が損なわれている。

一方、本実施形態の周期構造フィルタ２では、図３の（ｂ）の点線の枠囲みで示すように、隣接するユニット２１のうちの１組であるユニット２１Ａ・２１Ｂにおいて、同種のフィルタ２２であるフィルタ２２Ａ・２２Ｂが隣接している。フィルタ２２Ａ・２２Ｂは、図３の（ａ）のフィルタ２０２Ａ・２０２Ｂに対応するフィルタである。そのため、周期構造フィルタ２では、フィルタ２２Ａ・２２Ｂにおいて周期性を存在させることが可能となるので、図３の（ａ）の場合に比べ、フィルタ２２Ａ・２２Ｂの特性の低下を抑制できる。

このように、フィルタ２２の特性の低下を抑制する観点から、各ユニット２１間において隣接する同種のフィルタ２２（図１の例では「Ａ」又は「Ｂ」と称されるフィルタ２２）は、周期性を有するように開口が形成されたフィルタ２２であることが好ましい。

また、開口が大きいフィルタ、又は上記間隔が大きいフィルタほど、小型化に伴い周期性が損なわれやすい。図３の（ａ）の例では、最も開口が大きいフィルタ２０２Ａ・２０２Ｂの周期性は損なわれている。一方、本実施形態の周期構造フィルタ２では、最も開口が大きいフィルタ２２Ａ・２２Ｂであっても、当該フィルタ２２Ａ・２２Ｂが隣接して配置されているので、その周期性を存在させることができている。

この観点から、ユニット２１に含まれるフィルタ２２のうち、周期構造フィルタ２の小型化に伴うフィルタ２２の特性の低下が顕著である、開口が大きい又は上記間隔が大きいフィルタ２２ほど、各ユニット２１間において隣接して配置することが好ましい。そのため、当該フィルタ２２ほど、各ユニット２１の周囲（又は角部）に配置することが好ましい。

なお、図３の（ａ）のように小型化した場合であっても、フィルタ２０２Ａ・２０２Ｂを隣接して配置すれば、フィルタ２０２Ａの開口とフィルタ２０２Ｂの開口とによって周期性を存在させることは可能である。そのため、フィルタ２０２Ａ・２０２Ｂが隣接していない場合に比べれば、フィルタ２０２Ａ・２０２Ｂの特性の低下を抑制できる。

また、隣接するユニット２１において隣接する同種のフィルタ２２は、最も開口又は上記間隔が大きいものでなくてもよく、どの種類のフィルタ２２を隣接させてもよい。但し、周期性が損なわれやすいフィルタ２２ほど、隣接するユニット２１間において隣接させることにより、周期構造フィルタ２において、特性が顕著に低下したフィルタ２２を存在させないようにすることができる。

（変形例）
図４は、周期構造フィルタ２の別の構成例である周期構造フィルタ２Ａを示す図である。図４に示すように、周期構造フィルタ２Ａでは、各フィルタ２２において、複数の開口のそれぞれがライン状に（複数の開口のそれぞれがラインとして）形成されている。各ユニット２１は、ライン状に形成された複数の開口の幅、及び当該開口同士の間隔が互いに異なる４種のフィルタ２２を有している。各ユニット２１の配置は、図１と同じである。図４では、隣接するユニット２１のうちの１組であるユニット２１Ａ・２１Ｂにおいて、４種のフィルタ２２のうち、上記間隔が最も大きいフィルタ２２Ｃ・２２Ｄが隣接するように配置されている。

図４のように開口がライン状に形成されている場合であっても、図３の（ｂ）のように開口が円形状に形成されている場合と同様、隣接するユニット２１間において隣接する同種のフィルタ２２の特性の低下を抑制できる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。この点については、実施形態３以降も同様である。また、実施形態２以降では、実施形態１の周期構造フィルタ２と異なる点についてのみ言及する。

図５の（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本実施形態の周期構造フィルタ２Ｂ、２Ｃ及び２Ｄを示す図である。なお、「Ａ」〜「Ｄ」と称される４種のフィルタ２２のうち、隣接するユニット２１間において隣接する同種のフィルタ２２には、周期性を有するように開口が形成されているものとする。図７及び図８の場合も同様である。

図５の（ａ）に示すように、周期構造フィルタ２Ｂでは、Ｘ軸方向において隣接する２つのユニット２１間において、「Ａ」と称されるフィルタ２２同士、又は「Ｂ」と称されるフィルタ２２同士が隣接している。加えて、「Ｃ」と称されるフィルタ２２同士、又は「Ｄ」と称されるフィルタ２２同士が隣接している。

図５の（ｂ）に示すように、周期構造フィルタ２Ｃでは、Ｙ軸方向（列方向）において隣接する２つのユニット２１間において、「Ａ」と称されるフィルタ２２同士、又は「Ｃ」と称されるフィルタ２２同士が隣接している。加えて、「Ｂ」と称されるフィルタ２２同士、又は「Ｄ」と称されるフィルタ２２同士が隣接している。

図５の（ｃ）に示すように、周期構造フィルタ２Ｄでは、Ｘ軸方向において隣接する２つのユニット２１間において、「Ａ」と称されるフィルタ２２同士、又は「Ｂ」と称されるフィルタ２２同士が隣接している。加えて、「Ｃ」と称されるフィルタ２２同士、又は「Ｄ」と称されるフィルタ２２同士が隣接している。また、Ｙ軸方向において隣接する２つのユニット２１間において、「Ａ」と称されるフィルタ２２同士、又は「Ｃ」と称されるフィルタ２２同士が隣接している。加えて、「Ｂ」と称されるフィルタ２２同士、又は「Ｄ」と称されるフィルタ２２同士が隣接している。

このように、周期構造フィルタ２Ｂ〜２Ｄでは、上述したフィルタ２２同士が隣接するように、各ユニット２１において４種のフィルタ２２が配置されている。そして、周期構造フィルタ２Ｂ〜２Ｄにおいても、少なくとも１種のフィルタ２２については、隣接するユニット２１間で隣接するように配置されている。そのため、周期構造フィルタ２Ｂ〜２Ｄが小型化されても、その特性の低下を抑制できる。

特に、隣接する２つのユニット２１間において、隣接する同種のフィルタ２２の数が多いほど、上記特性の低下を抑制できる。例えば、周期構造フィルタ２Ｂ〜２Ｄは、実施形態１の周期構造フィルタ２（２Ａ）よりも、その数が多い。そのため、周期構造フィルタ２Ｂ〜２Ｄは、周期構造フィルタ２（２Ａ）よりも、周期構造フィルタ全体としての特性の低下を抑制できる。

また、隣接するユニット２１間で隣接する同種のフィルタ２２の面積が大きいほど、上記特性の低下をさらに抑制できる。周期構造フィルタが小型化された場合、上記面積が大きいほど、小型化前の開口数からの減少量が少ない。そのため、上記面積が大きいほど、周期性を維持しやすい。例えば、周期構造フィルタ２Ｄでは、隣接する４つのユニット２１の中央領域（例：図５の（ｃ）の点線の枠囲み部分）を構成する、当該ユニット２１間において隣接する４つのフィルタ２２が、同種のフィルタである。図５の（ｃ）の例では、各中央領域が、「Ａ」〜「Ｄ」のいずれかのフィルタ２２のみで構成されている。

つまり、周期構造フィルタ２Ｄでは、任意のユニット２１の１つの角部に配置されたフィルタ２２は、当該角部に隣接する全ユニット２１（３つのユニット２１）のそれぞれにおける、当該角部に隣接する角部のそれぞれに配置されたフィルタ２２と同種のフィルタである。そのため、上記中央領域において、隣接する同種のフィルタ２２の面積を大きくとることができるので、当該フィルタ２２の特性の低下をさらに抑制できる。したがって、周期構造フィルタ２Ｄは、上述の周期構造フィルタ２、２Ａ〜２Ｃよりも、周期構造フィルタ全体としての特性の低下を抑制できる。

〔実施形態３〕
図６は、本実施形態の周期構造フィルタ２Ｅを示す図である。図７の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本実施形態の周期構造フィルタ２Ｆ及び２Ｇを示す図である。

図６の周期構造フィルタ２Ｅでは、各ユニット２１において、２種のフィルタ２２が１×２のアレイ状に配置されている。図６の例では、各フィルタ２２には、周期性を有するように開口が形成されている。図７の周期構造フィルタ２Ｆ・２Ｇでは、各ユニット２１において、６種のフィルタ２２が２×３のアレイ状に配置されている。

図６に示すように、周期構造フィルタ２Ｅでは、Ｘ軸方向において隣接するユニット２１のうちの１組であるユニット２１Ａ・２１Ｂにおいて、同種のフィルタ２２Ａ２・２２Ｂ２が隣接している。また、ユニット２１Ｂ・２１Ｅ間では、同種のフィルタ２２Ｂ１・２２Ｅ１が隣接している。

また、Ｙ軸方向において隣接するユニット２１のうちの１組であるユニット２１Ａ・２１Ｃにおいて、同種のフィルタ２２Ａ１・２２Ｃ１が隣接しているとともに、同種のフィルタ２２Ａ２・２２Ｃ２が隣接している。同様に、ユニット２１Ｂ・２１Ｄにおいて、同種のフィルタ２２Ｂ２・２２Ｄ２が隣接しているとともに、同種のフィルタ２２Ｂ１・２２Ｄ１が隣接している。

このように、周期構造フィルタ２Ｅでは、上述したフィルタ２２同士が隣接するように、各ユニット２１の角部に２種のフィルタ２２が配置されている。そして、周期構造フィルタ２Ｅでは、隣接する４つのユニット２１間において、同種の４つのフィルタ２２（例：フィルタ２２Ａ２・２２Ｂ２・２２Ｃ２・２２Ｄ２）が隣接している。そのため、隣接する同種のフィルタ２２の面積を大きくとることができるので、当該フィルタ２２の特性の低下を抑制しやすい。

また、周期構造フィルタ２Ｅでは、上記同種のフィルタ２２Ａ２・２２Ｂ２・２２Ｃ２・２２Ｄ２が、Ｙ軸方向に連続して配置されている。つまり、周期構造フィルタ２Ｅでは、Ｘ軸方向に隣接するユニット２１間で隣接する同種のフィルタ２２が、Ｙ軸方向において連続して隣接している。そのため、隣接する当該フィルタ２２の面積をさらに大きくとることができるので、当該フィルタ２２の特性の低下をさらに抑制しやすい。なお、Ｙ軸方向に隣接するユニット２１間で隣接する同種のフィルタ２２が、Ｘ軸方向において連続して隣接していてもよい。

なお、図６に示すように、周期構造フィルタ２Ｅでは、例えばユニット２１Ａ〜２１Ｄのそれぞれに含まれる一方のフィルタ２２と、ユニット２１Ｆに含まれる一方のフィルタ２２とは、その種類が互いに異なっている。このように、各ユニット２１に含まれるフィルタ２２の全種類が、全ユニット２１において同じである必要は必ずしもない。つまり、任意のユニット２１と、当該任意のユニット２１に隣接する少なくとも１つのユニット２１との間で、隣接するフィルタ２２同士が同種のフィルタであればよい。

次に、図７の（ａ）に示すように、周期構造フィルタ２Ｆでは、Ｙ軸方向において隣接する２つのユニット２１間において、「Ａ」と称されるフィルタ２２同士、又は「Ｄ」と称されるフィルタ２２同士が隣接している。

図７の（ｂ）に示すように、周期構造フィルタ２Ｇでは、Ｙ軸方向において隣接する２つのユニット２１間において、「Ａ」と称されるフィルタ２２同士、「Ｂ」と称されるフィルタ２２同士、及び「Ｃ」と称されるフィルタ２２同士が隣接している。加えて、「Ｄ」と称されるフィルタ２２同士、「Ｅ」と称されるフィルタ２２同士、及び「Ｆ」と称されるフィルタ２２同士が隣接している。

このように、周期構造フィルタ２Ｆ・２Ｇでは、上述したフィルタ２２同士が隣接するように、各ユニット２１において６種のフィルタ２２が配置されている。そのため、周期構造フィルタ２Ｆ・２Ｇにおいても、隣接するユニット２１間で隣接する同種のフィルタ２２について、特性の低下を抑制できる。

また、周期構造フィルタ２Ｇでは、隣接する４つのユニット２１の中央領域（例：図７の（ｂ）の点線の枠囲み部分）を構成する、当該ユニット２１間において隣接する４つのフィルタ２２が、同種のフィルタである。図７の例では、各中央領域は、「Ａ」、「Ｃ」、「Ｄ」及び「Ｆ」のいずれかのフィルタ２２のみで構成されている。つまり、周期構造フィルタ２Ｇは、図５の（ｃ）に示す周期構造フィルタ２Ｄと同様の構成を有する。そのため、上記中央領域において、隣接する同種のフィルタ２２の面積を大きくとることができるので、当該フィルタ２２の特性の低下をさらに抑制できる。

また、各ユニット２１の角部に配置されているフィルタ２２における上記間隔は、それ以外の位置に配置されているフィルタ２２における上記間隔よりも大きいことが好ましい。周期構造フィルタ２Ｇでは、図７の（ｂ）に示すように、「Ａ」、「Ｃ」、「Ｄ」及び「Ｆ」と称されるフィルタ２２における上記間隔が、「Ｂ」及び「Ｅ」と称されるフィルタ２２における上記間隔よりも大きいことが好ましい。

上述のように角部にフィルタ２２を配置することにより、上記中央領域において上記面積を大きくとることができる。上記間隔が大きいフィルタ２２ほど角部に配置することにより、小型化に伴い特性が損なわれやすいフィルタ２２の特性の低下を優先して抑制できる。

〔実施形態４〕
図８は、本実施形態の周期構造フィルタ２Ｈを示す図である。図８の周期構造フィルタ２Ｈでは、各ユニット２１において、９種のフィルタ２２が３×３のアレイ状に配置されている。

図８に示すように、周期構造フィルタ２Ｈでは、Ｙ軸方向において隣接する２つのユニット２１間において、「Ａ」と称されるフィルタ２２同士、「Ｂ」と称されるフィルタ２２同士、及び「Ｃ」と称されるフィルタ２２同士が隣接している。加えて、「Ｇ」と称されるフィルタ２２同士、「Ｈ」と称されるフィルタ２２同士、及び「Ｉ」と称されるフィルタ２２同士が隣接している。

また、Ｘ軸方向において隣接する２つのユニット２１間において、「Ａ」と称されるフィルタ２２同士、「Ｄ」と称されるフィルタ２２同士、及び「Ｇ」と称されるフィルタ２２同士が隣接している。加えて、「Ｃ」と称されるフィルタ２２同士、「Ｆ」と称されるフィルタ２２同士、及び「Ｉ」と称されるフィルタ２２同士が隣接している。

そして、隣接する４つのユニット２１の中央領域を構成する、当該ユニット２１間において隣接する４つのフィルタ２２（各ユニット２１の角部に配置されたフィルタ２２）が、同種のフィルタ２２である。図８の例では、点線の枠囲みで示すように、各中央領域は、「Ａ」、「Ｃ」、「Ｇ」及び「Ｉ」のいずれかのフィルタ２２のみで構成されている。

このように、周期構造フィルタ２Ｈにおいても、図５の（ｃ）及び図７の（ｂ）と同様、各ユニット２１の周囲に配置された上述のフィルタ２２同士が隣接するように、各ユニット２１において９種のフィルタ２２が配置されている。これにより、隣接するフィルタ２２の特性の低下を抑制できる。

上記特性の低下という観点から、各ユニット２１の周囲には、開口が形成されたフィルタ２２が優先して配置されることが好ましい。また、特性が損なわれやすい上記間隔が大きいフィルタ２２ほど、各ユニット２１の周囲に優先して配置されることが好ましい。図８の例では、上記間隔が最も小さい、又は開口が形成されていない「Ｅ」と称されるフィルタ２２が、各ユニット２１の中央に配置されている。換言すれば、上記間隔が小さいフィルタ２２ほど、又は、開口が形成されていないフィルタ２２については、各ユニット２１の周囲の内部（周囲以外の位置）に配置されてよい。

また、周期構造フィルタ２Ｈにおいても、図５の（ｃ）及び図７の（ｂ）と同様、各ユニット２１間で隣接する各角部に同種のフィルタ２２が配置されている。これにより、隣接する当該フィルタ２２の面積を大きくとることができるため、当該フィルタ２２の特性の低下をさらに抑制できる。他の実施形態と同様、特性が損なわれやすい上記間隔が大きいフィルタ２２ほど、角部に配置されることが好ましい。

以上から、上記間隔が大きい順に、各ユニット２１の（１）角部、（２）角部以外の周囲、及び（３）周囲以外の内部へとフィルタ２２が配置されることで、周期構造フィルタ２Ｈの特性の低下を効率良く抑制できる。

図９は、図８に示す周期構造フィルタ２Ｈの具体的構成の一例を示す図である。当該具体的構成の一例を示す周期構造フィルタ２Ｉでは、開口がライン状に形成された８種のフィルタ２２が、各ユニット２１の周囲に配置されている。

ここで、上記間隔と同様、フィルタ２２の辺に対するラインとしての開口の傾きが、フィルタ２２の対角線の当該フィルタ２２の辺に対する傾きに近いフィルタ２２ほど、小型化に伴い、所望の（フィルタの効果が発揮できる）ラインの長さを確保できなくなる。そのため、フィルタ２２の特性が損なわれやすい。そのため、上記開口の傾きが上記対角線の傾きに近いフィルタ２２ほど、各ユニット２１の周囲に配置されることが好ましく、角部に配置されることがより好ましい。この場合、複数のラインが繰り返して配置される方向に数多く入るように、当該ラインを配置できる。

図９の例では、上記開口の傾きが４５度又は１３５度、又は当該角度に近いラインを有するフィルタ２２（例：フィルタ２２Ｅ・２２Ｆ・２２Ｇ・２２Ｈ）ほど、各フィルタ２２の角部に設けられている。一方、上記開口の傾きが上記対角線の傾きから離れているフィルタ２２（例：０度又は９０度のラインを有するフィルタ２２Ｉ・２２Ｊ）は、各ユニット２１の周囲の、角部以外の位置に配置されている。また、開口が形成されていないフィルタ２２Ｋは、各ユニット２１の中央に配置されている。フィルタ２２Ｋが波長範囲選択性又は偏光選択性を有さない場合、フィルタ２２Ｋを設けなくてもよい。この場合、周期構造フィルタ２Ｉの各ユニット２１は、その周囲に８種のフィルタ２２を備える。

なお、図９の例では、各フィルタ２２は、上記開口の傾きの大きさに基づき、各ユニット２１における配置位置が決められているが、上記間隔の大きさに基づき当該配置位置が決められていてもよい。

〔実施形態５〕
図１０の（ａ）〜（ｄ）は、隣接する２つのユニット２１間において隣接する２つのフィルタ２２における複数の開口の配置例を示す図である。

図１０の（ａ）では、上記２つのフィルタ２２において、複数の開口により１つのラインが形成されている。そして、当該ラインの間隔が等しく（各間隔≒ｄ）、かつ、上記２つのフィルタ２２の境界部に開口が形成されていない。図１０の（ｂ）では、上記間隔が等間隔であり、かつ、上記境界部に開口が形成されている。これらの構成の場合、フィルタ２２の周期性を正確に維持できるので、フィルタ２２の特性の低下を抑制しやすい。

上記正確な維持を考慮しなければ、上記境界部における上記間隔（第１間隔）と、それ以外の箇所（各フィルタ２２の内部）における上記間隔（第２間隔）とが異なっていてもよい。例えば、図１０の（ｃ）に示すように、第１間隔≒２ｄ、かつ第２間隔≒ｄであってもよいし、図１０の（ｄ）に示すように、第１間隔ｅ≠２ｄ（かつｅ≠ｄ）、かつ第２間隔≒ｄであってもよい。この場合であっても、周期性がある程度維持されるので、フィルタ２２の特性の低下を抑制できる。但し、周期性の維持の観点からは、図１０の（ａ）又は（ｂ）の構成が好ましい。

図１１は、上記２つのフィルタ２２において、複数の開口がライン状に形成されている場合の、当該開口の配置例を示す図である。

図１１の（ａ）では、ラインとしての各開口が、上記境界部において分断されていない。この場合、フィルタ２２の周期性を正確に維持できる。図１１の（ｂ）では、上記境界部において上記開口が分断されているが、一方のフィルタ２２の開口の延長線上に、他方のフィルタ２２の開口が存在する。この場合も、周期性をある程度正確に維持できる。図１１の（ｃ）では、上記境界部において上記開口が分断され、かつ、一方のフィルタ２２の開口の延長線上に、他方のフィルタ２２の開口が存在しない。この場合であっても、周期性をある程度維持できる。但し、周期性の維持の観点からは、図１１の（ａ）及び（ｂ）の構成が好ましく、図１１の（ａ）の構成がより好ましい。

〔その他〕
各周期構造フィルタ２、２Ａ〜２Ｉの各ユニット２１において、複数種のフィルタ２２がアレイ状に配置されている構成を例示しているが、これらのフィルタ２２の配置例はあくまで一例であって、これに限られるものではない。任意のユニット２１と、当該任意のユニット２１に隣接するユニット２１の少なくとも１つとの間において、隣接する同種のフィルタ２２の組が少なくとも１組存在していればよい。

例えば、図８の周期構造フィルタ２Ｈのように、１つのユニット２１が３×３のフィルタ２２で構成されている周期構造フィルタを考える。この場合、任意のユニット２１の周囲に配置された、開口を有するフィルタ２２のうちの少なくとも１種のフィルタ２２が、当該任意のユニット２１に隣接する複数のユニット２１のうちの少なくとも１つのユニット２１を構成する、当該フィルタ２２に隣接するフィルタ２２と同種のフィルタであればよい。また、任意のユニット２１の角部に配置された、開口を有するフィルタ２２が、当該任意のユニット２１に隣接する複数のユニット２１の少なくとも１つのユニット２１の、当該角部と隣接する角部に配置されたフィルタ２２と同種のフィルタであればよい。

また、各ユニット２１が二次元的に配置されている必要は必ずしもなく、例えば、複数種のフィルタ２２が一次元的に配置された各ユニット２１が、一次元的に配置されてもよい。

また、各実施形態では、フィルタ２２の１種として、開口が周期性を有するように形成されたフィルタを例に挙げて説明した。これに限らず、各実施形態のフィルタ２２の１種としては、上述したように、フィルタ２２の表面の法線方向と直交する方向に、屈折率もしくは誘電率等の光学パラメータ、又は凹凸等の形状が周期性をもって変化する構造を有していればよい。

この場合、フィルタ２２の特性の低下を抑制する観点からは、例えば、以下（１）〜（４）の少なくともいずれかの構成であることが好ましいといえる。
（１）各ユニット２１間において隣接する同種のフィルタ２２は、光学パラメータ又は形状が周期性をもって変化するように構成されたフィルタ２２であることが好ましい。
（２）光学パラメータ又は形状が周期性をもって変化するように構成されたフィルタ２２は、各ユニット２１の周囲（又は角部）に配置されることが好ましい。
（３）周期性をもって変化する光学パラメータ又は形状の周期が大きいフィルタ２２ほど、各ユニット２１の周囲（又は角部）に配置されることが好ましい。例えば、誘電率又は屈折率が異なる各部分が順次配置されている場合、誘電率又は屈折率が同じ任意の種類の部分同士の間隔が大きいほど、上記周期が大きいといえる。凹部又は凸部が順次配置されている場合、凹部同士又は凸部同士の間隔が大きいほど、上記周期が大きいといえる。
（４）周期性をもって変化する光学パラメータ又は形状を有する各部分がライン状に形成されているときの当該部分の、フィルタ２２の辺に対する傾きが、上記対角線の傾きに近いフィルタ２２ほど、各ユニット２１の周囲（又は角部）に配置されることが好ましい。

また、各実施形態では、周期構造フィルタ２、２Ａ〜２Ｉは、撮像装置１０に１つのみ設けられる構成を例に挙げて説明した。これに限らず、撮像装置１０に、周期構造フィルタ２、２Ａ〜２Ｉのうちの２以上の周期構造フィルタが設けられても構わない。この場合、例えば、（１）上記２以上の周期構造フィルタの全てが撮像素子１と対向するように設けられても（２次元的に配置されても）構わないし、（２）少なくとも一部が互いに対向するように設けられても構わない。

なお、各周期構造フィルタの構造の具体的な寸法は、例えば可視から近赤外領域の光を対象とした場合、所望の透過選択性にあわせて、周期構造ピッチを１００ｎｍ〜１μｍ程度で構成することができる。イメージセンサ（撮像素子）の画素ピッチは１μｍ程度まで微細化されており、１画素の大きさに１つの周期構造フィルタを対向させた場合、周期構造ピッチによっては、周期構造の繰り返し数を１画素の領域内では十分に確保できなくなる。しかし、本開示の構成により、周期構造の繰り返し数を確保することが可能となる。

また、撮像装置１０は、周期構造フィルタ２、２Ａ〜２Ｉの少なくとも１つと、一般的なカラーフィルタ（例：ベイヤ配列のＲＧＢフィルタ）と、を備える構成であっても構わない。さらに、撮像装置１０は、周期構造フィルタ２、２Ａ〜２Ｉの少なくとも１つと、一般的な偏光フィルタ（例：各ユニットにおけるフィルタの配置位置が互いに同じである偏光フィルタ）と、を備える構成であっても構わない。この場合、例えば、周期構造フィルタ２、２Ａ〜２Ｉの少なくとも１つと、一般的なカラーフィルタ又は偏光フィルタとが互いに対向するように設けられる。

〔まとめ〕
本開示の態様１の電磁波透過フィルタは、互いに異なる波長範囲又は偏光方向の電磁波を選択的に透過する複数種のフィルタを備え、少なくとも２種のフィルタを有することで１つのユニットが形成され、当該ユニットがアレイ状に配置され、上記複数種のフィルタのうちの少なくとも１種のフィルタは、当該フィルタの表面の法線方向と直交する方向に、光学パラメータ（例：屈折率もしくは誘電率）又は形状（例：凹部及び／又は凸部）が所定の空間的規則性をもって変化するように構成され、任意のユニットと、当該任意のユニットに隣接する少なくとも１つのユニットとのそれぞれに含まれる同種のフィルタのうちの少なくとも１つのフィルタが、隣接するように配置されている。

上記の構成によれば、電磁波透過フィルタの小型化に伴うフィルタの特性の低下を抑制できる。これにより、電磁波透過フィルタを備える装置（例：撮像装置又は分光器）の小型化にも対応できる。例えば、上記装置が備える変換素子（撮像装置であれば画素）の微細化が可能となる。そのため、チップ面積の縮小により、チップコストを低減できる。つまり、上記装置の小型化及び製造コストの低減を図ることができる。

なお、上記装置の小型化により製造コストを低減できるということは、産業上非常に重要である。そのため、フィルタの特性の低下を抑制して電磁波透過フィルタの小型化が図れるということは、産業上非常に有用である。

さらに、本開示の態様２の電磁波透過フィルタでは、態様１において、上記ユニットは、上記フィルタが、ｍ×ｎ（ｍ及びｎは正の数、但しｍ＝１かつｎ＝１を除く）のアレイ状に配置されたものであり、上記光学パラメータ又は上記形状が上記空間的規則性をもって変化するように構成されたフィルタは、上記ユニットの周囲に配置され、上記周囲に配置されたフィルタのうちの少なくとも１種のフィルタは、注目するユニットに隣接する複数のユニットの少なくとも１つのユニットを構成する、当該フィルタに隣接するフィルタと同種のフィルタであってよい。

上記の構成によれば、光学パラメータ又は形状が所定の空間的規則性をもって変化するように構成されていないフィルタよりも特性が損なわれやすい、光学パラメータ又は形状が所定の空間的規則性をもって変化するように構成されたフィルタが、各ユニットの周囲に配置される。そして、当該フィルタが、隣接するユニット間において隣接するように配置される。そのため、特性が低下しやすいフィルタの特性の低下を優先して抑制できる。

さらに、本開示の態様３の電磁波透過フィルタでは、態様２において、上記ユニットに含まれる上記フィルタのうち、（１）上記空間的規則性をもって変化する上記光学パラメータ又は上記形状の周期が大きいフィルタほど、又は（２）上記空間的規則性をもって変化する上記光学パラメータ又は上記形状を有する各部分がライン状に形成されているときの当該部分の、上記フィルタの辺に対する傾きが、上記フィルタの対角線の当該フィルタの辺に対する傾きに近いフィルタほど、上記ユニットの周囲に配置されていてよい。

電磁波透過フィルタの小型化に伴い、光学パラメータ又は形状が所定の空間的規則性をもって変化するように構成されたフィルタのうち、上記（１）又は（２）のフィルタほど、その特性がさらに低下しやすい。上記の構成によれば、特性がより低下しやすいフィルタを周囲に配置するので、当該フィルタの特性の低下を優先して抑制できる。

さらに、本開示の態様４の電磁波透過フィルタでは、態様２又は３において、上記光学パラメータ又は上記形状が上記空間的規則性をもって変化するように構成されたフィルタは、上記ユニットの角部に配置され、上記角部に配置されたフィルタのうちの少なくとも１種のフィルタは、注目するユニットに隣接する複数のユニットのうちの少なくとも１つのユニットを構成する、当該角部に隣接する角部に配置されたフィルタと同種のフィルタであってよい。

上記の構成によれば、隣接する各ユニットの角部において、光学パラメータ又は形状が所定の空間的規則性をもって変化するように構成された同種のフィルタ同士が隣接する。そのため、当該フィルタの特性の低下を抑制できる。

また、１つのユニットに、２以上×２以上のアレイ状にフィルタが配置されている場合、隣接する４つのユニットの角部において同種のフィルタを配置できる。そのため、当該角部において当該フィルタの面積を大きくとることができるので、当該フィルタの特性の低下をさらに抑制できる。

さらに、本開示の態様５の電磁波透過フィルタでは、態様１から４のいずれかにおいて、上記空間的規則性をもって変化する上記光学パラメータ又は上記形状を有する各部分がライン状に形成されていてよい。

上記の構成によれば、所定の空間的規則性をもって変化する光学パラメータ又は形状を有する各部分がライン状に形成されたフィルタの特性の低下を抑制できる。

さらに、本開示の態様６の電磁波検出装置は、電磁波を検出する電磁波検出装置であって、態様１から５のいずれかに記載の電磁波透過フィルタと、上記電磁波透過フィルタを透過した電磁波を電気信号に変換する複数の変換素子と、を備え、上記電磁波透過フィルタが備えるフィルタのそれぞれは、上記複数の変換素子のそれぞれと対向するように設けられていてよい。

上記の構成によれば、変換素子が小型化された場合であっても、電磁波透過フィルタの特性の低下を抑制できる。そのため、電磁波透過フィルタの特性の低下を抑制した、小型の電磁波検出装置を提供できる。

さらに、本開示の態様７の撮像装置は、複数の画素を備える撮像装置であって、態様６に記載の電磁波検出装置が備える上記変換素子のそれぞれが、上記画素のそれぞれを形成してもよい。

上記の構成によれば、画素が小型化された場合であっても、電磁波透過フィルタの特性の低下を抑制できる。そのため、電磁波透過フィルタの特性の低下を抑制した、小型の撮像装置を提供できる。

〔付記事項〕
本開示は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

２、２Ａ〜２Ｉ 周期構造フィルタ（電磁波透過フィルタ）
１０ 撮像装置（電磁波検出装置）
１３ フォトダイオード（変換素子）
２１、２１Ａ〜２１Ｆ ユニット
２２、２２Ａ〜２２Ｋ フィルタ
２２Ａ１〜２２Ｅ１、２２Ａ２〜２２Ｄ２ フィルタ

Claims (4)

1. 互いに異なる波長範囲又は偏光方向の電磁波を選択的に透過する複数種のフィルタを備え、
   少なくとも２種のフィルタを有することで１つのユニットが形成され、当該ユニットがアレイ状に配置され、
   上記複数種のフィルタのうちの少なくとも１種のフィルタは、当該フィルタの表面の法線方向と直交する方向に、光学パラメータ又は形状が所定の空間的規則性をもって変化するように構成され、
   任意のユニットと、当該任意のユニットに隣接する少なくとも１つのユニットとのそれぞれに含まれる同種のフィルタのうちの少なくとも１つのフィルタが、隣接するように配置されており、
   隣接する上記同種のフィルタは、上記光学パラメータ又は上記形状が上記空間的規則性をもって変化するように構成されたフィルタであり、
   上記ユニットは、上記フィルタが、ｍ×ｎ（ｍ及びｎは正の数、但しｍ≧３かつｎ≧３）のアレイ状に配置されたものであり、
   上記光学パラメータ又は上記形状が上記空間的規則性をもって変化するように構成されたフィルタは、上記ユニットの周囲に配置され、
   上記周囲に配置されたフィルタのうちの少なくとも１種のフィルタは、注目するユニットに隣接する複数のユニットの少なくとも１つのユニットを構成する、当該フィルタに隣接するフィルタと同種のフィルタであり、
   上記ユニットに含まれる上記フィルタのうち、（１）上記空間的規則性をもって変化する上記光学パラメータ又は上記形状の周期が大きいフィルタほど、又は（２）上記空間的規則性をもって変化する上記光学パラメータ又は上記形状を有する各部分がライン状に形成されているときの当該部分の、上記フィルタの辺に対する傾きが、上記フィルタの対角線の当該フィルタの辺に対する傾きに近いフィルタほど、上記ユニットの周囲に配置されている、電磁波透過フィルタ。
2. 上記光学パラメータ又は上記形状が上記空間的規則性をもって変化するように構成されたフィルタは、上記ユニットの角部に配置され、
   上記角部に配置されたフィルタのうちの少なくとも１種のフィルタは、注目するユニットに隣接する複数のユニットのうちの少なくとも１つのユニットの、当該角部に隣接する角部に配置されたフィルタと同種のフィルタである、請求項１に記載の電磁波透過フィルタ。
3. 上記空間的規則性をもって変化する上記光学パラメータ又は上記形状を有する各部分がライン状に形成されている、請求項１または２に記載の電磁波透過フィルタ。
4. 電磁波を検出する電磁波検出装置であって、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の電磁波透過フィルタと、
   上記電磁波透過フィルタを透過した電磁波を電気信号に変換する複数の変換素子と、を備え、
   上記電磁波透過フィルタが備えるフィルタのそれぞれは、上記複数の変換素子のそれぞれと対向するように設けられている、電磁波検出装置。

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